Направление развития измерительных систем

Развитие измерительных веполей совершается обычными систем­ными переходами, но имеет и специфические особенности.

4.5.1

Эффективность измерительной системы — на любом этапе разви­тия — может быть повышена путем перехода к бисистеме и поли­системе.

Пример. Задача об измерении температуры тела маленького жука-долгоносика. В стакан помещают много жуков. Между жуками возникает внутренняя среда, температура которой равна температу­ре жуков. Измерение ведут с помощью обыкновенного медицинского термометра.

А. с. 256 570. Устройство для измерения длины прыжка водно­лыжника. Если под трамплином установить два микрофона: один над водой, а другой под водой, то разность времени прохождения воздушной и подводной волн будет пропорциональна длине прыжка.

4.5.2

Измерительные системы развиваются в направлении: измере­ние функции — измерение первой производной функции — измерение второй производной функции.

А. с. 998 754. Способ определения напряженного состояния горного массива, при котором измеряют не само электросопротив­ление породы (как было раньше), а скорость изменения электро­сопротивления.

КЛАСС 5. СТАНДАРТЫ НА ПРИМЕНЕНИЕ СТАНДАРТОВ

5.1

При постройке, перестройке и разрушении веполей часто при­ходится вводить новые вещества. Их введение либо связано с техни­ческими трудностями, либо с уменьшением степени идеальности системы. Поэтому вещества надо «вводить, не вводя» и использовать различные обходные пути.

5.1.1

Если нужно ввести в систему вещество, а это запрещено усло­виями задачи или недопустимо по условиям работы системы, то следует использовать обходные пути:

1. Вместо вещества используют «пустоту».

А. с. 245 425. Способ образования тензометрической сетки внутри модели из прозрачного материала путем заливки в тело модели сетки из нити. Отличается тем, что с целью исключения искажения поля напряжений нитями после затвердевания материала модели нити удаляют, в результате чего внутри модели образуется тензометри-ческая сетка из цилиндрических микропустот. В качестве материала можно использовать, например, тонкие медные нити, удаляемые затем воздействием кислоты.

2. Вместо вещества вводят поле.

А. с. 500 464. Для измерения степени вытяжки нити на ходу на нить наносят электрические заряды и определяют изменение линейной плотности заряда.

3. Вместо внутренней добавки используют наружную.

А. с. 360 540. Как измерить толщину стенки полого керами­ческого сосуда? В сосуд заливают жидкость с высокой электро­проводностью, подводят к жидкости один электрод и измеряют толщину стенки в любом месте, прикладывая снаружи другой элек­трод омметра.

4. Вводят в очень малых дозах особо активную добавку.

А. с. 427 982. Смазка для волочения труб на основе минераль­ного масла, отличающаяся тем, что с целью уменьшения гидродина­мического давления смазки в очаге деформации в ее состав введено 0,2—0,8 весового процента полиметакрилата.

5. Вводят в очень малых дозах обычную добавку, но располагают
ее концентрированно — в отдельных частях объекта.

В полимер вводят (чтобы сделать его электропроводным) ферро-частицы и располагают их в виде отдельных линий, нитей.

6. Добавку вводят на время.

А. с. 458 422. Способ бесконтактной магнитной ориентации деталей по а. с. 360 116, отличающийся тем, что с целью увеличения

Зак. 137

эффекта ориентации без дополнительных энергозатрат при ориен­тации полых деталей в последние предварительно вводят ферро­магнитные тела.

7. Вместо объекта используют его копию (модель), в которую
допустимо введение добавки.

А. с. 499 577. Способ получения множества сечений путем созда­ния набора моделей, отличающийся тем, что с целью повышения точности стереометрических исследований плоскости сечений трех­мерных тел имитируют горизонтальной поверхностью жидкости, помещенной внутри прозрачной модели, которой придают различные положения в пространстве.

8. Добавку вводят в виде химического соединения, из которого
она потом выделяется.

А. с. 342 761. Способ пластификации древесины путем обработки аммиаком, отличающийся тем, что с целью обеспечения пластифи­кации поверхностей трения в процессе работы пропитку древесины производят солями, разлагающимися при температуре трения, например (ШЬСОз.

9. Добавку получают разложением внешней среды или самого
объекта, например электролизом, или изменением агрегатного со­
стояния части объекта или внешней среды.

А. с. 904 956. Способ размерной электромеханической обработки, осуществляемый с присутствием газа в электролите, отличающийся тем, что с целью интенсификации удаления продуктов растворения газ в электролите образуют посредством электролиза последнего перед зоной обработки.

Задача 14. В полимеры — для повышения стойкости — добавляют вещества, «перехватывающие» кислород, разрушающий полимеры. В ка­честве «веществ-перехватчиков» используют мелкодисперсные металлы. Эти металлы обязательно должны иметь чистую (неокисленную) по­верхность. Как вносить «перехватчики»? В вакууме или восстанови­тельной (или инертной) среде слишком сложно. Как быть?

Решение задачи 14 по стандарту 5.1.1:

Задача решается по стандарту 5.1.1.8: в обычных условиях вводят соль, выделяющую металл при тепловом воздействии. В ка­честве такой соли можно, например, использовать оксалат железа (железную соль уксусной кислоты). Оксалат разлагается при 300° С с вы­делением железа или закиси железа (тоже «перехватчик» кислорода).

5.1.2

Если дана система, плохо поддающаяся нужным изменениям, и условия задачи не позволяют заменить инструмент или ввести добавки, вместо инструмента используют изделие, разделяя его на части, взаимодействующие друг с другом.

А. с. 177761. Способ подачи быстрорасслаивающейся рабочей жидкости в рабочую камеру анодно-механического станка, отли­чающийся тем, что с целью лучшего перемешивания жидкость подается в зону обработки двумя встречными потоками.

А. с. 412449. Способ термообработки сыпучих материалов (на­пример, сахарного песка) в барабанной сушилке путем конвек­тивной сушки и последующего охлаждения в противотоке с газо­образным агентом, отличающийся тем, что с целью интенсификации процесса и отделения мелкой фракции материал предварительно завихряют, а теплоноситель для конвективной сушки и охлаждаю­щий агент подают навстречу друг другу и отсасывают отработав­шие газы со взвешенной в них мелкой фракцией материала из зоны их смешения.

А. с. 719809, п. 1. Способ получения металлических порошков, включающий распыление струи металлического расплава вихревым газовым потоком, отличающийся тем, что с целью повышения дис­персности порошка струе металлического расплава сообщают вра­щательное движение относительно ее оси.

П. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вращательное движение струи металлического расплава осуществляют противопо­ложно направлению вихревого газового потока.

A.c. 726 256. Способ гашения энергии потока, включающий раз­деление его на отдельные потоки, закручивание их и последующее объединение, отличающийся тем, что с целью повышения эффектив­ности гашения потоки размещают один внутри другого и закру­чивают в противоположных направлениях.

А. с. 727 942. Способ сжигания топлива путем подачи в зону горения смеси топлива, воздуха и предварительно подогретого сыпу­чего материала, отличающийся тем, что с целью повышения интен­сификации процесса горения с одновременным уменьшением вред­ных выбросов смесь топлива, воздуха и сыпучего материала по­дают, по крайней мере, двумя встречными сталкивающимися пото­ками.

А. с. 749 571. Способ дробления стружки при токарной обработке заготовок со снятием больших припусков, заключающийся в разде­лении снимаемого припуска с последующим получением направ­ленных и независимых друг qt друга потоков стружки. Отличается тем, что с целью расширения диапазона дробления стружки и умень­шения усилий резания независимые потоки стружки направляют навстречу друг другу с последующим их столкновением между собой и дроблением на элементы путем взаимодействия сил стал­кивающихся потоков.

Если же в систему входит поток мелкодисперсных частиц и надо увеличить степень управления этими частицами, поток следует раз­делить на, части, заряженные одноименно и разноименно. Если

весь поток заряжен одноименным электричеством, то противополож­ный заряд должна нести одна из частей системы.

А. с. 259019. Способ электрической коагуляции аэрозоля в шах­тах для очистки воздуха сухим пылеосаждением, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности пылеулавливания пылевой поток разделяют на две части, каждую из которых заряжают разно­именно и направляют навстречу друг другу.

Задача 15. Известен «Способ диспергирования расплавов, включаю­щий разделение расплава на струи, их разбивание и последующее охлаждение частиц...».

Спрогнозируйте дальнейшее развитие способа.

Решение задачи 15 по стандарту 5.1.2:

Решение очевидно: «... с целью расширения технологических возможностей разбивание струй расплава осуществляют направлением их навстречу одна другой по одной оси» (а. с. 719802).

5.1.3

Введенное в систему вещество — после того, как оно сработало,— должно исчезнуть или стать неотличимым от вещества, ранее бывше­го в системе или во внешней среде.

Чтобы вести индукционную плавку окиси бериллия (или алюми­ния), нужно ввести в окись проводник (окись — диэлектрик, приобре­тает электропроводность только в расплаве). Введение проводника может загрязнить окись (плавка производится для получения чистых кристаллов). Решение: вводят металлический бериллий (алюминий). Он обеспечивает «прием» индукционного поля и нагрев окиси. А при высокой температуре бериллий сгорает, превращаясь в окись и, следовательно, не загрязняя расплав (ИР, 1975, № 3, с. 25).

А. с. 588 025. Способ очистки внутренних поверхностей полых изделий путем прокачки через изделие моющей жидкости с напол­нителем, отличающийся тем, что с целью повышения эффективности очистки и обеспечения возможности полного удаления остатков наполнителя в качестве последнего используют гранулы легкоиспари-мого вещества.

А. с. 1 013709. Льдохранилище, содержащее корпус, выполнен­ный из теплоизоляционного материала, отличается тем, что с целью предотвращения загрязнения воды при размораживании льда в ка­честве теплоизоляционного материала используют искусственный нетоксичный тугоплавкий лед, полученный из смеси воды с метаном.

5.1.4

Если нужно ввести большое количество вещества, а это запре­щено условиями задачи или недопустимо по условиям работы системы, в качестве вещества используют «пустоту» в виде надувных конструкций или пены.

Патент СССР 320 102. Для перемещения аварийных самолетов под крылья устанавливают надувные емкости. При наполнении воздухом емкости плавно приподнимают самолет. Под емкости могут быть установлены тележки для транспортировки.

А. с. 895 858. Способ формирования лесосплавного пучка, состоящий в укладке бревен в накопитель, их обвязке и форми­ровании между ними подплава, отличающийся тем, что с целью повышения степени плавучести подплав формируют путем запол­нения свободного пространства между бревнами внутри пучка смесью полиизоционата с полиэфирами, образующими пенопласт.

Примечания.

1. Применение надувных конструкций — стандарт на
макроуровне. Использование пены — тот же стандарт на
микроуровне.

2. Стандарт 3.1.4 часто используют совместно с дру­
гими стандартами.

ВВЕДЕНИЕ ПОЛЕЙ

При постройке, перестройке и разрушении веполей часто необхо­димо вводить новые поля. Чтобы не усложнять при этом систему, следует использовать стандарты подкласса 5.2.

5.2.1

Если в вепольную систему нужно ввести поле, то следует прежде всего использовать уже имеющиеся поля, носителями которых являются входящие в систему вещества.

Способ отделения пузырьков газа от жидкости в потоке жидкого кислорода. В системе два вещества. Оба являются носителями механического поля. Для решения задачи достаточно преобразовать движение этих веществ, «закрутив» поток. Центробежная сила отожмет жидкость к стенкам, а газ — к оси трубопровода.

5.2.2

Если нужно ввести поле, а по стандарту 5.2.1 это сделать невозможно, следует использовать поля, имеющиеся во внешней среде.

А. с. 414354. Для удаления влаги с проезжей части моста используют^тягу, создаваемую эжектором, опущенным в реку.

5.2.3

Если в систему необходимо ввести поле, а это нельзя сделать по стандарту 5.2.1 и 5.2.2, то следует использовать поля, носителями или источниками которых могут «по совместительству» стать вещест­ва, имеющиеся в системе или во внешней среде.

А. с. 504 932. Сигнализатор уровня жидкости, преимущественно топлива, содержащий поплавок с контактом, корпус с другим кон­тактом, изолированным от него, и индикатор, в цепь которого включены указанные контакты. Отличается тем, что с целью исклю­чения источника питания в сигнальной цепи и предотвращения возможного искрообразования на контактах контакты корпуса и поплавка выполнены из разнородных металлов (например, меди и константана), образующих при замыкании холодный спай термо­пары. Другой спай, расположенный вне объекта контроля, снабжен источником подогрева.

A.c. 225 992. Электромагнитный насос перекачивания расплав­ленного металла или жидкого электропроводного теплоносителя, включающий электромагнит и электрический контур, отличается тем, что с целью исключения внешнего источника электрического питания в нем в качестве источника питания применен замкнутый контур, состоящий из двух полупроводниковых термоэлементов, имеющих форму пластин и расположенных между холодной коммутационной пластиной термоэлемента и горячей коммутационной пластиной, имеющей полость, расположенную между полюсами электромагнита, по которой протекает горячий перекачиваемый жидкий теплоноси­тель.

А. с. 356489. Система «обрабатываемая деталь — режущий инструмент» использована как термопара в устройстве для измерения температуры резания.

А. с. 568 538. Абразив нанесен на проволочный каркас, выпол­ненный в виде термопары. Шлифовальный круг сам сигнализирует о температуре в зоне шлифования.

Если в системе имеются ферромагнитные вещества, используемые чисто механически, следует также использовать их магнитные свой­ства для получения дополнительных эффектов: улучшения взаимо­действия элементов, получения информации о работе и состоянии системы и т. д.

А. с. 518591. Мальтийский механизм, содержащий ведущее звено и ведомый мальтийский крест, отличается тем, что с целью повышения срока службы ведущее звено снабжено секторами из магнитомягкого материала с установленными в них постоянными магнитами, а мальтийский крест снабжен пластинками из гистере-зисного материала.

5.3. ФАЗОВЫЕ ПЕРЕХОДЫ

Противоречивые требования к вводимым веществам и полям могут быть удовлетворены использованием фазовых переходов.

5.3.1

Эффективность применения вещества — без введения других веществ — может быть повышена фазовым переходом 1, то есть заменой фазового состояния имеющегося вещества.

А. с. 252 262. Энергоснабжение пневмосистем в шахтах — на основе сжиженного (а не сжатого) газа.

5.3.2

«Двойственные» свойства могут быть обеспечены фазовым пере­ходом 2, то есть использованием веществ, способных переходить из одного фазового состояния в другое в зависимости от условий работы.

А. с. 958 837. Теплообменник снабжен прижатыми к нему «лепест­ками» из никелида титана. При повышении температуры «лепестки» отгибаются, увеличивая площадь охлаждения.

А. с. 166202. Применение в качестве рабочих тел в газотур­бинных установках замкнутого цикла газовых систем (например, N2Ü4, АЬС2, СН₄ + CÜ2 и другие), в которых в результате обратимых химических реакций, сопровождающихся тепловым эффектом, га­зовая постоянная увеличивается перед турбиной и уменьшается перед компрессором до первоначальной величины.

(Газовые смеси обладают свойством обратимой диссоциации-рекомбинации с выделением и поглощением тепла.)

А. с. 1 003 163. Конденсатор переменной емкости, содержащий две обкладки с расположенными между ними диэлектриком и узлом регулирования температуры диэлектрика, отличается тем, что с целью увеличения диапазона изменения емкости диэлектрик со­стоит из двух слоев, один из которых выполнен из материала с диэлектрической проницаемостью, не зависящей от температуры, а другой — из материала с фазовым переходом металл — диэлект­рик.

5.3.3

Эффективность системы может быть повышена за счет фазового перехода 3, то есть использования явлений, сопутствующих фазовому переходу.

А. с. 601 192. Приспособление для транспортировки мороженых грузов имеет опорные элементы в виде брусков льда (снижение трения за счет таяния).

5.3.4

«Двойственные» свойства системы могут быть обеспечены фазо­вым переходом 4 — замена однофазового состояния двухфазным.

Патент США 3 589 468. Для глушения шума, а также для улав­ливания испарений, запахов и стружек при резании зону резания покрывают пеной. Пена проницаема для инструмента, но не про­ницаема для шума, испарений и т. д.

А. с. 722 740. Способ полирования изделий. Рабочая среда состоит из жидкости (расплав свинца) и ферромагнитных абразивных частиц.

А. с. 936 962. Способ промывки фильтров с зернистой загрузкой, включающий взрыхление загрузки и последующее вымывание загряз­нений восходящим потоком промывной воды, отличается тем, что с целью повышения КПД и уменьшения травматизации рыбы актив­ную среду перед подачей ее из сопла насыщают газом.

5.3.5

Эффективность технических систем, полученных в результате фазового перехода 4, может быть повышена введением взаимодей­ствия (физического, химического) между частями (или фазами) систем.

А. с. 224 743. Двухфазное рабочее тело для компрессоров и тепло­силовых установок, состоящее из газа и мелких частиц твердого тела, отличающееся тем, что с целью дополнительного сжатия газа в холодильнике и компрессоре и дополнительного расширения в нагревателе в качестве твердой фазы использованы сорбенты с общей или избирательной поглотительной способностью.

А. с. 282 342. Применение в качестве рабочего тела для контуров бинарного цикла энергетической установки химически реагирующих веществ, диссоциирующих при нагревании с поглощением тепла и уменьшением молекулярного веса и рекомбинирующих при охлаж­дении к исходному состоянию.